近日，中国科学院海洋研究所极端环境腐蚀与防护技术研究组在海洋自供能光电化学阴极保护领域取得重要进展。研究团队创新地提出以共价有机框架TpBpy-COF为桥，利用界面工程构建了兼具界面共价键合与配位锚定的三元有机－无机杂化异质结光电涂层，显著提升了光电涂层的稳定性与暗态持续保护性能，相关成果发表于材料领域国际期刊Journal  of Materials Science & Technology。

光电化学阴极保护技术将半导体光电效应引入海洋腐蚀防护，利用海洋中丰富的太阳能驱动半导体光生电子转移至金属表面，使金属保持富电子状态从而实现阴极保护，无需外接电源、无二次污染，为海洋工程结构防腐提供了绿色新方案。然而，该技术的实际应用长期面临两大瓶颈：一是暗态保护缺失，光照停止后光电保护效果随即消失，难以满足全天候防护需求。二是复合光电涂层界面作用力弱、电荷传输效率低、长期服役易结构剥落，稳定性不足的问题制约着技术的工程化落地。

针对上述核心难题，研究团队创新性地将共价有机框架材料引入光电涂层设计，通过界面工程策略构建了WO₃@TpBpy-COF@Bi₂S₃三元有机－无机杂化光电涂层，实现了兼具共价桥连与配位锚定的多级异质结构。TpBpy-COF发挥了“共价桥梁”与“配位载体”的双重作用。一方面，它与WO₃之间形成的共价键有效降低了多异质结的界面电阻，促进了光生载流子的分离与传输；另一方面，其联吡啶单元的配位能力实现了Bi₂S₃纳米颗粒的均匀锚定与稳定复合。三者协同形成的阶梯型能带结构驱动光生电子定向迁移，实现高效光电化学阴极保护。

与传统非共价键合的复合光电极相比，这种共价键合的界面结构不仅建立了高效的电子传输通道，还显著增强了结构完整性和化学稳定性。性能测试结果表明，该光电极在模拟太阳光照射下，可将耦合的金属阴极极化至-0.93V，仅需光照100秒，即可利用储能特性实现超过9300秒的暗态持续阴极保护，展现出优异的长效防护能力。

以上成果为设计稳定高效的异质结光电涂层提供了全新的界面工程策略，不仅推动了光电化学阴极保护技术的发展，也为光催化、储能、光电容器等其他光电化学领域的功能材料设计提供了重要思路和材料范式，在海洋工程防腐、深远海装备防护等领域具有广阔的应用前景。

图1 WO₃@TpBpy-COF@Bi₂S₃的光电化学阴极保护机制示意图

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士后杨玉莹，通讯作者为中国科学院海洋研究所孙萌萌副研究员、张瑞永研究员及段继周研究员。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金及中国科学院特别研究助理等项目的支持。

论文信息：

Yuying  Yang, Mengmeng Sun*, Ruiyong Zhang*, Jizhou Duan*, Guiying Lu, Jianbin  Zhong, Bo Xiao, Jianbo Cheng, Baorong Hou. Interface engineering to  construct TpBpy-COF-bridged organic-inorganic hybrid heterojunction for  enhanced photoelectrochemical cathodic protection performance and  stability. Journal of Materials Science & Technology 2027, 279,  56-65.

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.05.046